Controle Preditivo Robusto com Conjunto Finito de Estados para Máquinas de Indução

Authors

  • Rafael B. F. Figueiredo UFABC - Fundação Universidade Federal do ABC, Santo André – SP, Brasil
  • Angelo S. Lunardi UFABC - Fundação Universidade Federal do ABC, Santo André – SP, Brasil
  • Alfeu J. Sguarezi Filho UFABC - Fundação Universidade Federal do ABC, Santo André – SP, Brasil
  • Ademir Pelizari UFABC - Fundação Universidade Federal do ABC, Santo André – SP, Brasil

DOI:

https://doi.org/10.18618/REP.2022.3.0027

Keywords:

Acionamento, Controle Preditivo, Finite Control Set, Motor de Indução, Robusto

Abstract

Este trabalho propõe um controle preditivo robusto do tipo finite control set para acionamento de máquinas de indução, com controle de corrente no referencial dq alinhado ao fluxo do rotor da máquina. A robustez do controle é levada em consideração na modelagem do controlador e na escolha da orientação, que é feita de forma direta -- estimador Gopinath -- e indireta, para verificar a compatibilidade dos métodos de orientação com o controlador preditivo robusto por estados finitos proposto. Resultados experimentais do controle de corrente mostram robustez para variações nas resistências muito acima do esperado em uma aplicação prática, sem perder desempenho para até a 300% de erro de resistência, mantendo erros de regime abaixo de 5% e o tempo de acomodação na casa de milissegundo. Resultados do controle do velocidade (utilizando uma malha externa com PI) mostram baixo erro de regime e robustez para até 100% de variação de resistência para ambas estratégias de orientação, com destaque para o desempenho da orientação indireta na resposta dinâmica.

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

Rafael B. F. Figueiredo, UFABC - Fundação Universidade Federal do ABC, Santo André – SP, Brasil

natural de São Paulo, nasceu em fevereiro de 1994. É Técnico em Eletrônica pelo IFSP (2012), com experiência profissional na área de manutenção, projeto e laboratório. Se formou Bacharel em Ciência e Tecnologia (2018) e Engenheiro de Automação, Instrumentação e Robótica (2022) pela Universidade Federal do ABC - UFABC, onde se aproximou do mundo acadêmico e cursa o Mestrado em Engenharia Elétrica e faz parte do LEPS (Laboratório de Eletrônica de Potência e Smart Grids da UFABC), além de cursar Bacharelado em Ciência da Computação. Tem como interesse de pesquisa eletrônica de potência, acionamento de máquinas e eletrificação de frotas e equipamentos.

Angelo S. Lunardi, UFABC - Fundação Universidade Federal do ABC, Santo André – SP, Brasil

graduado em Engenharia Eletrônica em 2015 pelo Instituto Mauá de Tecnologia, onde durante o curso realizou trabalho científico como iniciação científica em 2013 com foco em simulação computacional e controle multivariável, obteve em 2017 o título de Mestre em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal Universidade do ABC(UFABC) em pesquisa de controle aplicado a geração de energia eólica. Em 2022 obteve o título de Doutor em Engenharia Elétrica pela Universidade de São Paulo (USP) com a tese intitulada Controle Preditivo Robusto Aplicado ao Conversor Conectado à Rede. Atualmente bolsista FUCAMP pós-doutorado com pesquisa em Micro-redes pela Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP).

Alfeu J. Sguarezi Filho, UFABC - Fundação Universidade Federal do ABC, Santo André – SP, Brasil

recebeu seu mestrado e seu Doutorado em Eng. Elétrica pela Universidade de Campinas no Brasil, respectivamente em 2007 e 2010. É professor da Universidade Federal do ABC - UFABC, em Santo André, Brasil, lecionando nas áreas de Máquinas Elétricas, Eletrônica de Potência e Acionamentos Elétricos. É membro Sênior do IEEE. Seus interesses de pesquisa são acionamentos de máquinas, energia eólica e fotovoltaica, geradores de indução alimentados duplamente, e sistemas de energia elétrica.

Ademir Pelizari, UFABC - Fundação Universidade Federal do ABC, Santo André – SP, Brasil

Engenheiro Eletricista formado pela Universidade de Mogi das Cruzes (UMC), São Paulo, Brasil em 2002. Finalizou seu Mestrado e Doutorado em 2009 e 2015, respectivamente. Atualmente trabalha como Professor Adjunto na Universidade Federal do ABC (UFABC) nas áreas de dispositivos eletromecânicos, máquinas elétricas e sistemas de tração elétrica.

References

P. Karamanakos, T. Geyer, "Guidelines for the Design of Finite Control Set Model Predictive Controllers",IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 35,no. 7, pp. 7434-7450, Jul 2020 https://doi.org/10.1109/TPEL.2019.2954357 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2019.2954357

A. J. Sguarezi Filho, R. V. Jacomini, "Chapter 5- Modulated FCS-MPC for DFIG-DPC",in A. J.Sguarezi Filho, ed.,Model Predictive Control forDoubly-Fed Induction Generators and Three-Phase Power Converters, pp. 55-66, Elsevier, Jan 2022 https://doi.org/10.1016/B978-0-32-390964-8.00014-2 DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-32-390964-8.00014-2

J. Rodriguez, M. P. Kazmierkowski, J. R. Espinoza,P. Zanchetta, H. Abu-Rub, H. A. Young, C. A. Rojas,"State of the Art of Finite Control Set Model Predictive Control in Power Electronics",IEEE Transactions on Industrial Informatics, vol. 9, no. 2, pp. 1003-1016,May 2013. https://doi.org/10.1109/TII.2012.2221469 DOI: https://doi.org/10.1109/TII.2012.2221469

J. Rodriguez Perez,Predictive Control of Power Converters and Electrical Drives, A John Wiley and Sons, Ltd., 2012. https://doi.org/10.1002/9781119941446 DOI: https://doi.org/10.1002/9781119941446

I. Takahashi, T. Noguchi, "A New Quick-Response and High-Efficiency Control Strategy of an Induction Motor",IEEE Transactions on Industry Applications,vol. IA-22, no. 5, pp. 820-827, Sep 1986, doi: https://doi.org/10.1109/TIA.1986.4504799 DOI: https://doi.org/10.1109/TIA.1986.4504799

S. R. Eftekhari, S. A. Davari, P. Naderi, C. Garcia,J. Rodriguez, "Robust Loss Minimization for Predictive Direct Torque and Flux Control of an Induction Motor With Electrical Circuit Model",IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 35, no. 5, pp.5417-5426, Sep 2020. https://doi.org/10.1109/TPEL.2019.2944190 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2019.2944190

R. Lazar, "The use of Model Predictive Control (MPC)in motor drives for switching loss and motor noise reduction",in 21st European Conference on Power Electronics and Applications (EPE '19 ECCE Europe),pp. P.1-P.7, Nov 2019. https://doi.org/10.23919/EPE.2019.8915543 DOI: https://doi.org/10.23919/EPE.2019.8915543

J. A. Riveros, M. Rivera, C. Rodríguez, M. Galea,G. Buticchi, P. Wheeler, "Predictive Torque Control with Fixed Switching Frequency for Induction Motor Drives",in IEEE International Conference on Industrial Technology (ICIT), pp. 211-216, Apr 2020. https://doi.org/10.1109/ICIT45562.2020.9067232 DOI: https://doi.org/10.1109/ICIT45562.2020.9067232

A. S. Lunardi, A. J. Sguarezi Filho, "Controle preditivo baseado em modelo para sistema eólico empregando gerador de indução gaiola de esquilo",Eletrônica de Potência, vol. 23, no. 3, pp. 330-338, Jul 2018. https://doi.org/10.18618/REP.2018.3.2788 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2018.3.2788

X. Wang, Y. Zhang, H. Yang, B. Zhang, J. Rodriguez,"A Robust Predictive Current Control of Induction Motor Drives",in IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), pp. 5136-5140, Aug 2020. https://doi.org/10.1109/ECCE44975.2020.9235789 DOI: https://doi.org/10.1109/ECCE44975.2020.9235789

J. A. Pomilio, C. R. de Souza, L. Matias, P. L. D. Peres,I. S. Bonatti, "Driving AC motors through a long cable:the inverter switching strategy",IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 14, no. 4, pp. 1441-1447, Dec1999. https://doi.org/10.1109/60.815087 DOI: https://doi.org/10.1109/60.815087

Y. Liu, S. Cheng, B. Ning, Y. Li, "Robust Model Predictive Control With Simplified Repetitive Control for Electrical Machine Drives",IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 34, no. 5, pp. 4524-4535, Jul2019. https://doi.org/10.1109/TPEL.2018.2857837 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2018.2857837

F. Stinga, D. Popescu, "Robust model predictive control of an induction motor",in 2014 18thInternational Conference on System Theory, Control and Computing (ICSTCC), pp. 381-386, Oct 2014. https://doi.org/10.1109/ICSTCC.2014.6982446 DOI: https://doi.org/10.1109/ICSTCC.2014.6982446

Z. Wang, Z. Zheng, Y. Li, J. Sun, Z. Deng, "Arobust offset-free model predictive current control for induction motor based on incremental model and incremental current observer",in IEEE International Symposium on Predictive Control of Electrical Drives and Power Electronics (PRECEDE), pp. 1-5, Jul 2019. https://doi.org/10.1109/PRECEDE.2019.8753363 DOI: https://doi.org/10.1109/PRECEDE.2019.8753363

P. Cortes, J. Rodriguez, C. Silva, A. Flores, "Delay Compensation in Model Predictive Current Control of a Three-Phase Inverter",IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 59, no. 2, pp. 1323-1325,May 2012. https://doi.org/10.1109/TIE.2011.2157284 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2011.2157284

A. J. Sguarezi Filho, A. L. de Oliveira, L. L. Rodrigues,E. C. M. Costa, R. V. Jacomini, "A Robust Finite Control Set Applied to the DFIG Power Control",IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, vol. 6, no. 4, pp. 1692-1698, Dec2018. https://doi.org/10.1109/JESTPE.2018.2833474 DOI: https://doi.org/10.1109/JESTPE.2018.2833474

X. Wang, Y. Zhang, H. Yang, "Enhanced Robust Deadbeat Predictive Current Control for Induction Motors",in IEEE International Conference on Predictive Control of Electrical Drives and Power Electronics (PRECEDE), pp. 600-604, Nov 2021. https://doi.org/10.1109/PRECEDE51386.2021.9680912 DOI: https://doi.org/10.1109/PRECEDE51386.2021.9680912

C. Lascu, I. Boldea, F. Blaabjerg, "A modified direct torque control for induction motor sensorless drive",IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 36,no. 1, pp. 122-130, Jan 2000. https://doi.org/10.1109/28.821806 DOI: https://doi.org/10.1109/28.821806

A. Bazanella, R. Reginatto, "Robustness margins for indirect field-oriented control of induction motors",in Proceedings of the 37th IEEE Conference on Decision and Control (Cat. No.98CH36171), vol. 1, pp. 1001-1006 vol.1, Jun 1998.

C. M. Franchi,Acionamentos Elétricos, 3 ed., Editora Erica, 2008.

Sheng-Ming Yang, Chen-Haur Lee, "A deadbeat current controller for field oriented induction motor drives",IEEE Transactions on Power Electronics,vol. 17, no. 5, pp. 772-778, Sep 2002. https://doi.org/10.1109/TPEL.2002.802182 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2002.802182

J.-H. Kim, J.-W. Choi, S.-K. Sul, "Novel rotor flux observer using observer characteristic function in complex vector space for field oriented induction motor drives",in APEC 2001. Sixteenth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition(Cat. No.01CH37181), vol. 1, pp. 615-621 vol.1, Aug2001.

T. Geyer,Model Predictive Control Of High Power Converters and Industrial Drives, 1 ed., Wiley, 2017. https://doi.org/10.1109/ECCE.2017.8096978 DOI: https://doi.org/10.1109/ECCE.2017.8096978

Downloads

Published

2022-08-05

How to Cite

[1]
R. B. F. Figueiredo, A. S. Lunardi, A. J. S. Filho, and A. Pelizari, “Controle Preditivo Robusto com Conjunto Finito de Estados para Máquinas de Indução”, Eletrônica de Potência, vol. 27, no. 3, pp. 208–215, Aug. 2022.

Issue

Vol. 27 No. 3 (2022)

Section

Original Papers

License

Copyright (c) 2022 Revista Eletrônica de Potência

Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Crossref
Scopus
Google Scholar
Europe PMC